铬_铝_硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响

Ni—Cr—Al高温合金材料的研究现状及发展【摘要】随着航天、航空、电力、冶金、能源、石化工业的迅速发展，对高温抗氧化合金材料的服役性要求越来越高，高温抗氧化合金材料已经成为影响工业发展的决定因素，这就给高温抗氧化合金的研制和开发提出新的机遇和挑战。

Ni-Cr-Al合金以其抗高温、抗氧化性能被广泛的应用于燃气轮机叶片等高温部件，在国防和工业生产中，扮演着重要角色。

【关键词】Ni-Cr-Al高温合金;性能;研究现状;发展1.引言镍是一种耐腐蚀性优良、韧性较好的金属材料，具有良好的力学、物理和化学性能，添加适宜的元素可提高它的抗氧化性、耐腐蚀性、高温强度和改善某些物理性能。

Ni-Cr-Al合金的成分主要是镍铝，铬的含量较少，是重要的高温合金材料，在能源开发、化工、电子、航海、航空和航天等部门中都有广泛的应用，物理与化学的性能不言而喻，耐高温、抗蠕变、抗腐蚀性能好，凭借这些优良性能，使镍铬铝合金成为未来高温合金材料中最有前景和价值的合金材料之一，因此，研究镍铬铝合金对现实工业生产具有重要的意义。

2.概述Ni-Cr-Al高温合金依靠其耐高温抗氧化性能，成为重要高温材料之一，在国防和工业生产中，扮演着重要的角色，以其优良的性能被广泛应用于航空航天，电力，冶金等高温部件。

Ni-Cr-Al高温合金这样良好的性能主要依靠Al和Cr来形成一层Al2O3和Cr2O3保护性氧化膜，氧化膜生长缓慢，粘附性较好，对基体起到良好的保护作用。

3.Ni-Cr-Al合金的发展历程3.1 Ni-Cr合金：Ni-Cr合金可作为耐热、抗高温氧化和耐腐蚀的涂层。

典型的镍铬合金为镍含量80%、铬含量为20%，但也有镍为60%，铬为16%和其余为铁的。

其中80Ni20Cr合金是热喷涂常用的材料，该合金具有较好的耐高温氧化性能，耐酸和碱腐蚀，是制备耐热、耐蚀涂层的典型材料。

由于涂层致密、与基体材料的粘结性好，通常作为耐热陶瓷涂层的粘结底层，既能增加涂层的结合强度，同时又能防止高温氧化和腐蚀性气体对金属的侵蚀，但该合金不耐硫化氢、亚硫酸气体、盐类及高温潮湿下还原性气体的腐蚀，在硝酸、盐酸溶液中也容易受到侵蚀。

cr在铝合金中的作用
铬在铝合金中起到了以下重要作用：
1. 提高热稳定性：铬元素增加了铝合金的热稳定性和耐高温性能，使合金在高温条件下不易发生变形、脆裂或氧化等反应。

2. 提高耐腐蚀性：铬元素可以提高铝合金的耐腐蚀性能，使合金在常温或高温下能够抵御酸、碱、盐等化学介质的腐蚀，从而延长合金的使用寿命。

3. 提高机械性能：铬元素能提高铝合金的硬度、强度和韧性等机械性能，使合金在拉伸、弯曲、冲压、焊接等加工工艺过程中能保持稳定的性能。

4. 改善其他元素在铝中的沉淀行为：铬可以形成亚微米级的沉淀以及促使其他元素沉淀，这些沉淀可以增加合金的硬度、强度和耐磨性，进一步提高机械性能。

5. 形成保护层：铬能够与氧化物结合形成一层物理化学性质稳定的Cr2O3保护层，有效防止铝材表面的进一步氧化和腐蚀。

请注意，尽管铬在铝合金中起到了许多有益的作用，但过量的铬元素可能会对人体健康和环境产生不良影响。

因此，在铝材生产过程中，应严格控制铬的添加量。

铬、铝、硅对铁基高温合金抗氧化性能的影响Effect s of Chro mium,Aluminium and Silicon on OxidationResistance of Fe2base Superalloy王海涛,张国玲,于化顺,王少卿,闵光辉(山东大学材料学院材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室,济南250061) WAN G Hai2tao,ZHAN G Guo2ling,YU Hua2shun,WAN G Shao2qing,M IN Guang2hui(Key Laboratory for Liquid St ruct ure and Heredity of Material of Education Minist ry,School of Material Science and Engineering,Shandong U niversity,Jinan250061,China)摘要:采用正交设计的实验方法探讨了铬、铝、硅元素含量对铁基高温合金抗氧化性的影响规律。

为获得稳定的抗氧化能力,上述各元素的含量应分别高于17%Cr,4%Al,115%Si。

结果表明:当三元素同原子比时对铁基高温合金抗氧化性的影响次序为Si最大,Al次之,Cr最小。

结构平坦、组织致密、颗粒细小均匀的氧化膜抗氧化性较好,反之较差。

当氧化膜由Cr2O3,Al2O3,SiO2,Fe(Ni)Cr2O4多种氧化物组成复合氧化膜时于1250℃表现为强抗氧化性,当缺少Al2O3或SiO2时表现为弱抗氧化性。

关键词:耐热钢;铁基高温合金;氧化膜;抗氧化性中图分类号:T G142173 文献标识码:A 文章编号:100124381(2008)1220073205Abstract:The effect s of chromium,aluminium and silico n on t he o xidation resistance were st udied by ort hogonal experiment met hod.The result s show t hat t he content of Cr,Al,Si in test alloys for stable oxidation resistance should be added more t han17%Cr,4%Al and115%Si respectively.The most af2 fecting element for oxidation resistance is Si among stoichiomet ric Cr,Al and Si,t he following one is Al,and t he last one is Cr.The flat and compact st ruct ure,fine and even grains endow it wit h good ox2 idation resistance,ot herwise t he scales are bad in o xidation resistance.High2temperat ure oxidation re2 sistance depends on t he compo sition of t he scales on test alloys.The compounded scales of Cr2O3, Al2O3,SiO2and Fe(Ni)Cr2O4possess st rong oxidation resistance at1250℃,but it become poor wit h2 out Al2O3or SiO2.K ey w ords:heat resistant steel;Fe2base superalloy;oxide scale;oxidation resistance property 铁基高温合金应在650℃以上能承受一定的应力并且具有抗氧化性和抗腐蚀性能。

铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。

但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。

铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。

镍、锰可以形成和稳定奥氏体。

镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。

锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。

钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。

钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。

碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。

钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。

硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。

硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。

三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。

五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。

五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。

如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。

硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。

在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。

含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

高温合金中常见元素及其作用高温合金中常见元素及其作用高温合金是航空、航天、能源等领域中广泛应用的一种材料，具有优良的耐高温、抗氧化和抗腐蚀性能。

这些合金中包含多种元素，这些元素的种类和比例会直接影响合金的性能。

本文将介绍一些常见的高温合金元素及其作用。

一、镍（Ni）镍是高温合金中的主要元素之一，通常含量在50%以上。

它能够提高合金的强度、韧性、抗氧化性和耐腐蚀性。

镍还可以降低合金的冷脆性，提高可塑性和可焊性。

在高温下，镍能够保持较好的抗蠕变性和持久性，因此常用于制造高温下承受应力的零件。

二、铬（Cr）铬是一种抗氧化性和耐腐蚀性很好的元素，它能够提高合金的硬度、耐磨性和耐热性。

同时，铬还可以改善合金的加工性能。

在高温下，铬能够减缓合金的氧化过程，并形成致密的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。

三、铁（Fe）铁是高温合金中的基本元素之一，通常含量在20%以上。

它能够提高合金的强度和硬度。

铁还可以改善合金的切削加工性能。

在高温下，铁能够减缓合金的氧化过程，并形成致密的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。

四、钨（W）钨是一种高密度、高熔点和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。

在高温下，钨能够提高合金的抗蠕变性和持久性，常用于制造高温下承受应力的零件。

此外，钨还可以提高合金的抗高温氧化性能。

五、钼（Mo）钼是一种高强度、高熔点和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。

在高温下，钼能够提高合金的抗蠕变性和持久性，常用于制造高温下承受应力的零件。

此外，钼还可以提高合金的抗高温氧化性能。

六、钛（Ti）钛是一种低密度、高强度和高熔点的元素，它能够提高合金的强度、韧性和耐腐蚀性。

在高温下，钛能够形成稳定的氧化膜，保护合金表面免受进一步氧化。

此外，钛还可以改善合金的加工性能和抗腐蚀性能。

七、铝（Al）铝是一种轻质、高强度和良好的抗腐蚀性的元素，它能够提高合金的强度、硬度和耐热性。

高温合金材料的高温抗氧化性能研究高温合金是一种能够在高温环境下保持强度和稳定性的金属材料。

它们由多种金属元素组成，通常包括铬、钴、镍、铜等元素。

这些元素在高温环境下的化学反应和物理变化引起了高温合金的抗氧化性能。

高温合金的抗氧化性能是指其在高温下抵御氧气与材料的化学反应的能力，这项性能对于汽车、飞机、火箭等高温环境下的工业应用至关重要。

高温氧化是一种常见的金属材料损耗机制，是指材料与氧气反应而产生的氧化物。

氧化物会破坏材料表面，导致材料的质量和性能下降。

因此，高温合金必须具备很强的抗氧化性能，以保持其性能和稳定性。

为了研究高温合金的抗氧化性能，需要进行一系列实验。

这些实验通常包括高温气氛试验、恒温压缩试验、X射线衍射试验等。

高温气氛试验包括在高温下暴露样品于不同的气氛中，以模拟实际工作环境。

恒温压缩试验则是同时测量高温合金的流变性和抗氧化性能。

而X射线衍射试验则可以确定高温合金中的物理和化学结构。

在研究高温合金的抗氧化性能时，需要考虑许多因素，如金属元素的成分、热处理工艺等。

例如，钼元素的存在可以增强高温合金的抗氧化性能。

在高温下，钼和氧气结合成为钼氧化物，这种氧化物可以防止进一步的氧化反应。

此外，钼氧化物和其它氧化物的形成还可以增加高温合金的强度和塑性。

另一个影响高温合金抗氧化性能的因素是热处理工艺。

热处理工艺是一种控制金属材料物理和化学特性的过程，可以改善高温合金的抗氧化性能。

在热处理过程中，将高温合金冷却至室温前，需要进行淬火过程，以增加材料硬度和纯度。

随后进行固溶退火和时效等热处理过程，以调整高温合金的微观结构、晶粒尺寸和缺口密度等因素。

这些处理过程可以改善高温合金的抗氧化性能，增加其使用寿命。

总之，高温合金材料的高温抗氧化性能研究是一个具有重大意义的课题。

研究结果不仅可以改善现有的工业材料，而且可以为新材料的开发提供指导。

必须进行广泛的实验和研究，以了解高温合金的结构、成分和热处理技术对其抗氧化性能的影响。

合金元素及其含量对铁基合金激光熔覆层性能的影响摘要：激光熔覆是指通过不同的添加方法，在被熔覆集体中放置选择的涂层材料，通过激光辐照之后，使其基体表面充分熔化，之后快速凝土产生低稀释度、与基体呈现冶金结合表面涂层的工艺技术，在该过程中，合金元素以及合金元素的含量，会对激光熔覆层性能产生影响，所以为了提升产品质量，同时对工艺进行优化，需要明确其具体影响。

因此，本文将对合金元素及其含量对铁基合金激光熔覆层性能方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，希望可以对相关行业有所帮助。

关键词：合金元素；含量；铁基合金；激光熔覆层；性能影响相比于传统的表面处理技术而言，比如电镀技术、热喷焊技术等，激光熔覆技术具有熔覆层晶粒度较小、热影响区与热变形区较小等多项优势。

结合相关研究来看，因为合金元素对于钢铁材料的性能具有影响，所以在铁基合金生产过程中，如果采用激光熔覆工艺，则需要准确控制合金元素以及含量，减少对激光熔覆层的负面影响，从而能够提升铁基材料的综合质量。

为此，本文主要研究了镍、铬以及钼等金属元素及其含量对激光熔覆层的影响。

1实验材料与方法在本次实验设计中，激光熔覆实验采用某国家生产的ROFIN TR050型号快轴流二氧化碳激光器；在实验过程中，激光功率设定为35kW，激光光束波长设定为10.5μm；通过烧蚀方法对光斑直径进行测量，并对离焦量进行调整，使得该期间光斑直径达到4mm；应用单道、单层预置式激光熔覆，预制粉末厚度设定为1.5mm；激光扫描速度设定为每秒6mm，扫描长度设定为30mm；采用氩气作为保护气体，能够避免合金粉末在激光熔覆期间出现氧化问题，氩气流量设定为每分钟3.5L；基材采用A3钢，尺寸设定为10cm*3cm*0.5cm，通过酸洗的方式将其表面锈迹去除，并采用丙酮对其清洗，确保表面清洁，之后对其进行烘干处理。

在实验过程中，应用性能较好的Fe202合金粉末作为基础合金，该粉末为150—200目的自制铁、镍、铬、硼、硅以及碳合金，化学成分为：92.7铁、3镍、2铬、1硼、1硅以及0.3碳；结合激光熔覆的实验结果来看，应用Fe202合金粉末作为熔覆用基材，能够获取硬度较高且没有裂纹的铁基激光熔覆层；在Fe202中分别添加不同含量的镍、铬以及钼合金元素，用于合金元素对铁基合金激光熔覆层性能的影响研究。

铸造合金的高温强度与抗氧化性能高温强度和抗氧化性能是铸造合金在高温环境下应用的重要性能指标。

本文将从材料设计、处理工艺和表面处理等方面，探讨如何提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能。

一、材料设计在提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能方面，材料设计是关键。

首先，需要选择合适的合金元素来调整合金的组成。

在高温环境下，合金元素的相互作用对于提高合金的高温强度和抗氧化性能起到至关重要的作用。

例如，添加镍、钼等元素可以提高合金的高温强度和耐蠕变性能；添加铝、铬等元素可以提高合金的抗氧化性能。

其次，需要精确控制合金的晶粒尺寸。

合金的晶粒尺寸对于高温强度和抗氧化性能有着重要影响。

较小的晶粒尺寸可以提供更多的晶界，从而增加合金的高温强度和抗氧化性能。

因此，在铸造过程中，可以通过采用合适的凝固工艺和热处理工艺，控制合金的晶粒尺寸。

二、处理工艺处理工艺对于提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能也具有重要影响。

首先，合金的熔炼和浇注工艺需要控制合金的化学成分和纯度。

高纯度的合金可以减少杂质的夹杂，从而提高合金的高温强度和抗氧化性能。

其次，合金的热处理工艺可以进一步改善其高温强度和抗氧化性能。

例如，通过固溶处理和时效处理，可以调整合金的晶界和析出相，从而提高合金的高温强度。

此外，热处理还可以消除合金中的内应力，提高其抗蠕变性能。

三、表面处理合金的表面处理对于提高其高温强度和抗氧化性能同样重要。

一种常用的表面处理方法是氧化保护。

通过在合金表面形成一层氧化膜，可以防止氧和其他高温气体的渗透，减轻合金的氧化速率，提高其抗氧化性能。

此外，还可以通过涂层技术来改善合金的高温强度和抗氧化性能。

例如，可以在合金表面涂覆一层陶瓷涂层，形成一种保护层，提高合金的高温强度和抗氧化性能。

综上所述，要提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能，需要在材料设计、处理工艺和表面处理等方面下功夫。

通过选择合适的合金成分，控制晶粒尺寸，优化熔炼和浇注工艺，进行合适的热处理，并采取适当的表面处理方法，可以有效提高铸造合金的高温强度和抗氧化性能，满足不同高温应用的需求。